JPH09112275A - ディーゼルエンジンの予燃焼室構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、予燃焼室内の特定の部位から燃料を
安定して燃焼させることを可能にしたディーゼルエンジ
ンの予燃焼室構造を提供する。 【解決手段】本発明は、流出通路７にて予燃焼室６内で
側壁に沿って旋回流を生起せしめるようにし、また予燃
焼室６を、予燃焼室６の内壁に沿って旋回する空気流と
燃料噴射弁１０により噴射された噴霧とが混合されて形
成されるリッチ混合気流αと該リッチ混合気流により形
成され予燃焼室６の略中央部に位置するリーン混合気流
βとの層状旋回流となるように形成した。これにより、
常に特定の部位（適正濃度の混合気）で、予燃焼室６内
における最初の着火と燃焼を安定、かつ速やかに行わせ
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、予燃焼室内から半
燃焼状態のガスを主燃焼室へ噴射させ、同ガスを該主燃
焼室で燃焼させるディーゼルエンジンの予燃焼室構造に
関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンには、予燃焼室式と
呼ばれる、予燃焼室をシリンダヘッドに形成したエンジ
ンがある。

【０００３】このエンジンは、ピストンの頂面とシリン
ダヘッドとの間に形成される主燃焼室のほかに、同主燃
焼室と流出通路を介して連通する予燃焼室を有した構造
のエンジンで、予燃焼室内において噴射燃料の一部を燃
焼させ、残りを主燃焼室で燃焼させるというエンジンで
ある。

【０００４】このエンジンの予燃焼室は、全燃焼容積に
対する容積比が小さく定められていて、これを利用し
て、噴射燃料の一部を予燃焼室内の高温高圧の空気で燃
焼させ、それによる爆発力で、予燃焼室内に存在する半
燃焼ガス，未燃焼燃料（予燃焼室内には噴射燃料の全部
を燃焼させる空気がないことにより生じるもの）を主燃
焼室へ噴射させ、半燃焼ガス，未燃焼燃料を同主燃焼室
内の新しい空気と混合により燃焼させるようにしてあ
る。

【０００５】こうしたエンジンに用いられる予燃焼室に
は、噴射燃料と空気との混合を促進させるとの目的で、
ドイツ公開特許３８３５８９０にも開示されているよう
に予燃焼室内に流入される空気を、噴霧する燃料に対し
て積極的に混合させる構造が提案されている。

【０００６】これは、図１２に示されるように予燃焼室
ａの形状を、流出通路ｂから流入される空気流が、燃料
噴射弁ｃからの噴流を中心とする渦流を生起せしめるよ
うな球形の渦流室ｅ、同渦流室ｅの下流端に形成した凹
状部分ｆとを組合わせた形状とし、渦流室ｅ内に生起さ
れる渦流を利用して、噴射燃料に対して予燃焼室ａ内の
全体の空気を混合しやすくする構造である。なお、ｇは
グロープラグである。

【０００７】この予燃焼室ａにより、ピストンｈの上死
点に向かう動作に伴い流出通路ｂ内へ流入する空気流
は、渦流室ｅの内壁に沿って流れる。燃料噴射がなされ
る地点で、この気流は渦流室ｅの渦流端に在る凹状部分
ｆと衝突して乱れ拡散する。

【０００８】そして、この気流の乱れを生じている予燃
焼室ａ内へ、燃料噴射弁ｃから燃料ｄを噴霧させること
により、同噴霧が渦流室ｅ内の高温高圧の空気と混合し
て着火し、爆発燃焼を生じさせるようにしている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記したよ
うな予燃焼室ａの構造だと、燃料ｄの噴霧と乱れた気流
の空気とが混じり合うために、予燃焼室ａ内は混合気の
濃い部分と混合気の薄い部分とが数多く点在する状態と
なる。

【００１０】この混合気の濃い部分は、着火がしやすい
部位に均一に形成されるとは限らないので、着火，爆発
燃焼が安定して行われないという挙動が見られる。

【００１１】この挙動は、着火遅れ期間を長くさせるだ
けでなく、主燃焼室ｊにおける燃焼に影響を与える。

【００１２】このため、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯ_x （窒
素酸化物）、パティキュレートの発生量が多いといった
問題があり、改善が望まれている。

【００１３】本発明は上記事情に着目してなされたもの
で、その目的とするところは、予燃焼室内の特定の部位
から燃料を安定して燃焼させることを可能にしたディー
ゼルエンジンの予燃焼室構造を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１に記載した発明は、予燃焼室を、流出通路か
ら流入され該予燃焼室の内壁に沿って旋回する空気流と
燃料噴射弁により噴射された噴霧とが混合されて形成さ
れるリッチ混合気流と、該リッチ混合気流により形成さ
れ予燃焼室の略中央部に位置するリーン混合気流との層
状旋回流となるように形成したことにある。

【００１５】請求項１に記載の発明によると、ピストン
の上死点に向かう動作にしたがい予燃焼室内へ流入され
るシリンダ内の空気は、流出通路をガイドとして、予燃
焼室の側壁に沿いに流れる。

【００１６】この空気流により、予燃焼室内には該内壁
に沿って旋回する強い旋回流が生起される。

【００１７】この状態から予燃焼室内へ燃料噴射弁から
燃料を噴霧する。

【００１８】すると、旋回流により重い混合気が内壁方
向に集められ、また内壁に付着した燃料が内壁に沿って
移動し気化するため、予燃焼室内ではリッチ混合気流と
リーン混合気流とが層状をなして旋回するようになる
（層状旋回流）。

【００１９】これにより、予燃焼室内の特定の部位に、
着火のしやすい適正な濃度の混合気が均一に存在するよ
うになる。

【００２０】そして、この混合気帯において、最初の着
火と燃焼が行われる。

【００２１】このとき、同混合気は適正な濃度の混合気
であるから、速やかに着火燃焼する。

【００２２】この着火と燃焼により予燃焼室内の圧力が
上昇し、半燃焼ガス，未燃焼燃料が存在するリッチ混合
気流は、激しい噴流となって、流出通路を通じて、ピス
トンの頂面とシリンダヘッドとの間の主燃焼室へ噴出さ
れる。

【００２３】このリッチ混合気が噴出する間、噴霧され
た燃料にリーン混合気が混合される。

【００２４】リッチ混合気流に続いて、この噴霧燃料が
主燃焼室へ噴出される。

【００２５】そして、これら混合気が主燃焼室内の新し
い空気と混合して、主燃焼室内で燃焼（拡散燃焼）して
いく。

【００２６】こうした予燃焼室式だと、予燃焼室内にお
ける最初の着火と燃焼は、常に特定の部位から安定して
速やか（短い着火遅れ期間）に行われる上、燃焼温度も
急激に上昇せずにすむようになる。

【００２７】これにより、主燃焼室でも安定した燃焼が
行われ、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯ_x（窒素酸化物）、パ
ティキュレートの発生が抑制されるようになる。

【００２８】請求項２に記載した発明は、上記目的に加
え、さらに予燃焼室内で生起される旋回流に乱れを生じ
ないようにするために、請求項１に記載の予燃焼室の内
壁を滑らかに形成したことにある。

【００２９】請求項３に記載した発明は、加えて旋回流
から乱れへの変化を抑制するために、請求項２に記載の
予燃焼室を、縦断面視において該予燃焼室の中心を含み
長手方向軸線（好ましくはシリンダの軸線）に直交する
平面に対し上下ほぼ対称に構成したことにある。

【００３０】請求項４に記載した発明は、上記目的に加
え、さらに予燃焼室の内壁に沿う完全な旋回流を確保す
るために、請求項１、請求項２又は請求項３に記載の流
出通路の他端に、該流出通路から予燃焼室内に流入する
空気流の流線と、該予燃焼室内で生起される旋回流との
流線が合流する際、各流線が鋭角をなすよう該旋回流の
上流側に位置する他端の開口縁部から該開口に向かって
延びる突出部を設け、該突出部の先端部を鋭角に形成し
たことにある。

【００３１】請求項５に記載した発明は、さらにスモー
ク発生の抑制と突出部の熱的耐久性を確保するために、
請求項４に記載の突出部の先端に、面取りされたエッジ
部を形成したことにある。

【００３２】エッジ部の面取り範囲は、０．２mm〜１．
０mmで、好ましくは０．３mm〜０．５mmである。

【００３３】請求項６に記載した発明は、上記目的に加
え、さらに燃料の噴射流で乱れない理想的なリッチ混合
気流とリーン混合気流との層状旋回流を形成するため
に、請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の燃料
噴射弁を、旋回流が妨げられない方向に向かって噴射す
るようシリンダヘッドに設けたことにある。

【００３４】請求項７に記載した発明は、加えて着火し
た噴流が主燃焼室へ押し出されるようにするために、燃
料噴射弁を、突出部の先端に向かって燃料を噴射するよ
うに設けたことにある。

【００３５】請求項８に記載した発明は、上記目的に加
え、予燃焼室回りのコンパクト化と予燃焼室の加工性と
の向上を図るために、請求項１乃至請求項７のいずれか
１つに記載の構成に加え、予燃焼室の軸線と流出通路の
軸線とを一致させると共に、該流出通路の他端を該予燃
焼室の軸線に対して前記内壁に沿うよう一側に傾斜させ
該予燃焼室に開口させたことにある。

【００３６】流出通路の予燃焼室の軸線に対する傾斜角
範囲は、１７°〜２３で、好ましくは２０°前後であ
る。

【００３７】請求項９に記載した発明は、さらに燃料噴
射弁から噴射した燃料が予燃焼室の内壁に付着しにくく
するべく、噴霧到達距離を長く設定するために、請求項
７の構成に加え、予燃焼室の軸線と流出通路の軸線とを
一致させると共に、該流出通路の他端を該予燃焼室の軸
線に対して内壁に沿うよう一側に傾斜させ該予燃焼室に
開口させるとともに、燃料噴射弁を、シリンダヘッド上
方から下方に向かい旋回流が妨げられないよう突出部の
先端近傍に向かって噴射するよう配置したことにある。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図１ないし図１０
に示す第１の実施形態にもとづいて説明する。

【００３９】図１は、本発明を適用した予燃焼室式の例
えば多弁ディーゼルエンジンの頭部側を示し、図中１は
内部にシリンダ１ａが形成されたシリンダブロック、２
は同シリンダブロック１の頭部に取り付けられたシリン
ダヘッドである。

【００４０】シリンダ１ａ内には、クランクシャフト
（図示しない）につながるピストン３が往復動自在に嵌
挿されている。

【００４１】ピストン３の頂面の中央には、略逆円錐状
の凹部３ａが形成されている。またこの凹部３ａと向き
合うシリンダヘッド２の下面部分には、凹部３ａよりも
ゆるかかなに傾斜した略円錐状の凹部２ａが形成されて
いて、これら凹部３ａと凹部２ａとで挟まれる空間を利
用して、ピストン３とシリンダヘッド２との間に主燃焼
室４を形成するようにしている。

【００４２】一方、５は、主燃焼室４の上方に位置する
シリンダヘッド部分に、シリンダ１ａの軸心に沿って貫
通するよう、上下の向きで挿入された円筒状の挿入体で
ある。

【００４３】この挿入体５の回りのシリンダヘッド部分
には、図示はしないが例えば２つの吸気弁、２つの排気
弁が設けられている。

【００４４】この挿入体５内の中段部分には予燃焼室６
が形成してある。

【００４５】予燃焼室６は、同予燃焼室６の中心を含む
シリンダ１ａの軸線Ｂに直交する平面から見た縦断面視
において、上下略対称をなすような形状に形成されてい
る。

【００４６】具体的には、図２にも示されるように予燃
焼室６は、半球形の上室部分６ａと同じく半球形の下室
部分６ｂとの相互を円筒部分６ｃでつないでなる上下が
略対称な長円室状をなしている。なお、図１中の一点鎖
線Ａは上・下部分６ａ，６ｂと円筒部分６ｃとが交わる
部分を示す。

【００４７】また予燃焼室側から下方向に延びる挿入体
５の下端側は、細長に形成されている。この細長部５ａ
の下端部は、シリンダヘッド２の下面から主燃焼室４内
へ突き出ている。

【００４８】この突出部５ａから予燃焼室６に渡る細長
部５ａ内には、上下方向に沿って細長の流出通路７が形
成されている。

【００４９】この流出通路７の下端は、突出部５ａに設
けた噴口８を介して、主燃焼室４に開口している。

【００５０】また流出通路７の上端は、図２中の二点鎖
線でも示されるように下室部分６ｂの中心から外れた方
向に向かって開口している。

【００５１】具体的には、流出通路７の主燃焼室５側
は、予燃焼室６の軸線Ｃに同流出通路７の軸線Ｄを一致
させて設けてある。また流出通路７の予燃焼室６側は、
流出方向が例えば下室部分６ｂの内壁に沿う接線関係と
なるよう、予燃焼室６の軸線Ｃに対し一側に傾斜させ
て、予燃焼室６に開口させてある。図１中、７ａは同流
出通路７の傾斜部を示し、θ₁ は傾斜部７ａの傾き角度
を示す。

【００５２】この流出通路７にて、噴口８から流入され
る空気流を予燃焼室６の内壁に沿って流出させるように
している。

【００５３】そして、この予燃焼室６の内壁に沿う空気
流により、予燃焼室６内において同予燃焼室６の内壁に
沿う旋回流が生起されるようにしてある。

【００５４】むろん、予燃焼室６の内壁は、滑らかに形
成されていて、この予燃焼室６内で生起される旋回流に
乱れを生じるのを防ぐようにしてある。

【００５５】また流出通路７の予燃焼室６に開口する他
端には、旋回流の上流側に位置する開口縁部から該開口
に向かって延びる突出部９が設けられている。

【００５６】この突出部９は、流出通路７から予燃焼室
６内へ流入する空気の流線と、予燃焼室６内で生起され
る旋回流の流線とが鋭角をなして合流するよう、開口縁
部から開口に向かう鋭角形に形成されている。さらに突
出部９の先端は鋭角に形成されていて、予燃焼室６の内
壁に沿う完全な旋回流を確保する構造にしてある。

【００５７】また突出部９の先端は、拡大した図に示さ
れるように面取りＣが施されたエッジ部９ａにしてあ
る。

【００５８】挿入体５の上段部分には、上室部分６ａの
中央（軸心部）に噴射部１０ａを臨ませて、燃料噴射弁
１０が取り付けられている。

【００５９】この燃料噴射弁１０は、図示しない燃料噴
射装置に接続されていて、燃料噴射装置から圧送される
燃料１１を予燃焼室６内へ噴霧するようにしてある。

【００６０】そして、この燃料噴射弁１０から噴霧され
た燃料が、予燃焼室６内で生起される旋回流による遠心
力で内壁側へ流されて、濃い混合気の気流、すなわちリ
ッチ混合気流αが形成されるようにしてある。

【００６１】と共に、届く燃料１１が少ない予燃焼室６
の略中央部には、薄い混合気の気流、すなわちリーン混
合気流βが形成されるようにしている。

【００６２】これにより、予燃焼室６内において、外周
側にリッチ混合気流αが在り、その内側にリーン混合気
流βが在るような層状旋回流を形成するようにしてあ
る。

【００６３】また燃料噴射弁１０にも、予燃焼室６内で
生起される旋回流が妨げることがないよう取り付けに工
夫が施されている。

【００６４】すなわち、燃料噴射弁１０は、同旋回流が
妨げられない方向に向かって燃料１１が噴霧されるよ
う、シリンダヘッド２に取り付けてある。

【００６５】具体的には、流出通路７の開口縁部に形成
してある突出部９の先端に向かって燃料１１を噴霧させ
るよう、燃料噴射弁１０を傾けて取り付けてある。

【００６６】そして、この突出部先端への噴霧を利用し
て、着火した噴流を主燃焼室４へ押し出すようにしてあ
る。

【００６７】特にこの挙動が顕著に見られるよう、この
燃料噴射弁１０は、シリンダヘッド２の上方から下方に
向かい、旋回流が妨げられないよう、突出部９の先端近
傍に向かって燃料１１が噴射されるように斜めに取り付
けてある。図１中、θ₂ はその燃料噴射弁１０の傾き角
度を示す。

【００６８】他方、噴口８には、主燃焼室４内で燃料１
１を効果的に燃焼させる工夫が施してある。

【００６９】すなわち、図３に示されるように噴口８
は、細長部５ａの先端部外周に外周方向に対して千鳥状
に複数、設けられていて、隣り合う噴口８ａ，８ａ間の
離間距離Ｌを所定以上に保ちながら、大きな噴口面積を
確保する構造にしてある。

【００７０】具体的には、噴口８は、細長部５ａの先端
部外周の同一軌跡上に所定の間隔で配置された複数の下
列噴口８ａと、細長部５ａの下端側の開口部分が上記下
列噴口８ａ間に挟まれるように設けた複数の上列噴口８
ｂとを組合わせてなる千鳥配置に設けてある。

【００７１】またこれら下列噴口８ａ，上列噴口８ｂ
は、予燃焼室６からのガスが、主燃焼室４の最も大きな
空間を占めるピストン３の凹部２ａ内、すなわち新しい
空気が多量に存在する部位に効果的に噴出されるよう、
噴口径が下側噴口８ａで大きく、上側噴口８ｂで小さく
定められている。

【００７２】さらに、これら下側噴口８ａ，上側噴口８
ｂは、噴出されるガスが、シリンダブロック１とシリン
ダヘッド２との間のガスケット１４が介在する隙間ｔで
なく、凹部２ａ内の空気が多量に存在する部位に向けて
噴射されるよう、図４に示されるようにθ₃ ，θ₄ なる
角度で下向きにも設定してあり、主燃焼室４内に存在す
る空気を十分に活用して、予燃焼室６からの半燃焼ガ
ス，未燃焼燃料を燃焼させるようにしてある。

【００７３】なお、シリンダヘッド２には、先端部が予
燃焼室６内、具体的には予燃焼室６内で生起される旋回
流の下流となる部位ヘ下向きに突き出るように、グロー
プラグ１３が取り付けてある。

【００７４】つぎに、このように構成された予燃焼室構
造の作用を図５および図６を参照して説明する。

【００７５】ディーゼルエンジンが圧縮行程に入り、ピ
ストン３が上死点に向かう方向に動作したとする。

【００７６】すると、シリンダ１ａ内の空気は、図５
（ａ）に示されるように各噴口８から流出通路７内へ噴
出され、同流出通路７に沿って流れる。

【００７７】このとき、流出通路７の予燃焼室側は同予
燃焼室６の内壁に沿うように傾斜しているから、流出通
路７内を流れる空気流は、この流出通路７の傾斜部７ａ
をガイドとして、流出通路端から予燃焼室６の内壁に沿
う気流となって流出する。

【００７８】これにより、図５（ａ）中の矢印で示され
るように予燃焼室６内には、内壁に沿って上下に旋回す
る旋回流が生起される。

【００７９】このとき、予燃焼室６の内壁は滑らかに形
成してある。さらに流出通路端に在る突出部９は、流出
通路７から予燃焼室６内へ流入する空気流の流線と予燃
焼室６内で生起された旋回流の流線とが鋭角をなして合
流するよう鋭角形状に形成されているから、予燃焼室６
内には乱れのない完全な強い旋回流が生起される。

【００８０】ついで、ピストン３が上死点に近付くと、
図５（ｂ）に示されるように燃料噴射弁１０は噴射を開
始し、予燃焼室６内へ燃料１１を噴霧する。

【００８１】具体的には、燃料１１は、予燃焼室６の上
方中央から下方へ向かい、流出通路端に在る突出部９の
先端近傍へ噴霧される。

【００８２】これにより、燃料１１の噴霧は、予燃焼室
６内で生起された旋回流を妨げないよう、同旋回流の流
れに順じた向きで行われる。

【００８３】すると、旋回流により重い混合気が内壁方
向に集められ、また内壁に付着した燃料が内壁に沿って
移動し気化するため、予燃焼室内６ではリッチ混合気流
αとリーン混合気流βとが層状をなして旋回する（層状
旋回流）。

【００８４】これにより、予燃焼室６内の特定の部位
に、着火のしやすい適正な濃度の混合気が均一に存在す
るようになる。

【００８５】そして、この適正な濃度の混合気帯におい
て、最初の着火と燃焼（爆発燃焼）が行われる。

【００８６】このとき、同混合気は適正な濃度の混合気
であるから、着火は速やかに行われる上、燃焼は燃焼温
度が急激に上昇しない緩慢な燃焼で行われる。

【００８７】この着火と燃焼により予燃焼室６内の圧力
は上昇する。

【００８８】すると、図６に示されるように半燃焼ガ
ス，未燃焼燃料が存在するリッチ混合気は、激しい噴流
となって、流出通路７を通じて、各噴口８から主燃焼室
４へ噴出される。

【００８９】このとき、燃料１１は突出部９の先端近傍
に向けて噴射されているから、着火した噴流は、予燃焼
室６内の圧力上昇だけでなく、燃料噴射の噴流の挙動で
も、流出通路７へ押し出される。

【００９０】このリッチ混合気が噴出される間、噴霧燃
料１１にリーン混合気が混合していく。

【００９１】そして、リッチ混合気に続いて、この噴霧
燃料も、流出通路７を通じて主燃焼室４へ噴出される。

【００９２】これら混合気が主燃焼室４内の新しい空気
と混合して、主燃焼室４内で燃焼（拡散燃焼）してい
く。

【００９３】このとき、噴口８は、千鳥状に複数配置さ
れて、大きな噴口面積を確保しているから、多くのガス
が主燃焼室４へ噴出される。

【００９４】しかも、噴口８は、ピストン３に近い列の
噴口８の径を大、遠い列の噴口８の径を小にして、多量
の空気が存在する部位に多くのガスが噴出させる上、下
向きにして同多量の空気が存在する部位に向けガスを噴
出させているから、予燃焼室６からの半燃焼ガス，未燃
焼燃料は、主燃焼室４内に存在する空気を十分に活用し
て燃焼される。

【００９５】このように予燃焼室６内で、外周側にリッ
チ混合気流α、ほぼ中央部にリーン混合気流βとなる層
状旋回流を形成する予燃焼室式だと、予燃焼室６内にお
ける最初の着火と燃焼は、常に特定の部位（リッチ混合
気帯）で安定、かつ短い着火遅れ期間で速やかに行われ
る。しかも、燃焼温度も急激に上昇せずにすみ、主燃焼
室４でも安定した燃焼が行われるから、ＨＣ（炭化水
素）、ＮＯ_x （窒素酸化物）、パティキュレートの発生
を抑制できる。そのうえ、予燃焼室６内に噴霧された燃
料１１は予燃焼室６の内壁に付着しにくくなるから、燃
料１１の壁面付着を原因としたＨＣも抑制できる。

【００９６】特に予燃焼室６の内壁を滑らかにすると、
同予燃焼式に必要な予燃焼室６内の旋回流には乱れを生
じさせない。

【００９７】加えて、シリンダ１ａの軸線Ｂに直交する
平面に対し上下ほぼ対称な予燃焼室６を採用すると、旋
回流から乱れへの変化が抑制され、良好な旋回流が確保
される。

【００９８】また流出通路７の予燃焼室側の開口端に、
開口縁部から開口に向かう鋭角形状の突出部９を形成し
て、流出通路７から流入する空気流の流線と予燃焼室６
内の旋回流の流線とを鋭角をなして合流させると、予燃
焼室６の内壁に沿う完全な旋回流が生起させることがで
きる、しかも、突出部９の先端に、面取りＣされたエッ
ジ部９ａが形成してあると、スモーク発生を抑制と同部
分の熱的耐久性とを両立させることができる。

【００９９】すなわち、面取りＣを施さないエッジ部９
ａをもつ突出部９、面取りＣを０．３mm施したエッジ部
９ａをもつ突出部９、面取りＣを１．０mm施したエッジ
部９ａをもつ突出部９を用いて、予燃焼室６で燃料１１
を燃焼させた結果、エンジンの出力の点を見ると、図３
に示されるように面取りＣが無いエッジ部９ａを用いた
ときが、面取りＣを施したエッジ部９ａに比べ、出力が
確保され、スモーク発生の点を見ると、面取りＣが無い
エッジ部９ａを用いたときが、最もスモークの発生が少
なく、これに続いて０．３mmの面取りＣ、１．０mmの面
取りＣを施したエッジ部９ａの順でスモークの発生が少
ないことが確認された。

【０１００】しかし、熱的耐久性の点では、面取りＣが
無いエッジ部９ａは、熱の集中に耐えられなく、耐久性
の点で難があることが確認された。

【０１０１】それ故、面取りＣされたエッジ部９ａを採
用すると、エンジン出力の低下抑制、スモーク発生の抑
制を図りつつ、エッジ部９ａの熱的耐久性の向上が図れ
た。

【０１０２】実験によれば、この効果をもたらすエッジ
部９ａの面取りＣの範囲は０．２mm〜１．０mmで、好ま
しくは０．３mm〜０．５mmであった。

【０１０３】また燃料噴射弁１０を、予燃焼室６内で生
起される旋回流を妨げない方向に向かい噴射が行われる
ように取り付けると、燃料１１の噴射流で乱れるのが抑
制された理想的なリッチ混合気流αとリーン混合気流β
との層状旋回流が形成されるようになる。

【０１０４】特に、突出部９の先端に向かって燃料１１
を噴射させるようにすると、着火した噴流は、噴射噴流
を利用して、流出通路７内へ押し出されるから、予燃焼
室６から効果的に主燃焼室４へガスが噴出される。

【０１０５】また流出通路７の構造として、予燃焼室６
の軸線Ｃと同流出通路７の主燃焼室側の軸線Ｄとを一致
させ、流出通路７の予燃焼室側を同予燃焼室６の軸線Ｃ
に対して、同予燃焼室６の内壁に沿うよう傾斜させて予
燃焼室６に開口させる構造にすると、予燃焼室６回りが
コンパクトになるとともに、予燃焼室６の加工がしやす
く、予燃焼室６の加工性が向上するようになる。

【０１０６】しかも、流出通路７の傾き角度θ₁ （旋回
流進入角）は、エンジン出力、トルク、スモーク発生に
依存することがわかった。

【０１０７】実験によれば、流出通路７の傾き角度θ₁
が１７°未満では、スモークの発生がかなり多く、２３
°を越えると、エンジンの性能の低下が著しくなること
が確認された。

【０１０８】すなわち、傾き角度θ₁ を１７°にした流
出通路７、傾き角度θ₁ を２０°にした流出通路７、傾
き角度θ₁ を２３°にした流出通路７を用いた予燃焼室
６で燃料１１を燃焼させた結果、図９に示されるように
エンジンの性能面では、いずれも良好に出力、トルクが
確保され、また図１０に示されるようにスモーク発生の
面では、いずれも同等の低いレベルに抑制されるもの
で、流出通路７の予燃焼室６の軸線Ｃに対する傾斜各角
範囲が１７°〜２０°の範囲で、エンジン出力、トル
ク、スモーク発生において良好な性能が確保されること
が確認された。好ましくは図９および図１０からもわか
るように２０°前後であった。

【０１０９】また流出通路７を予燃焼室６の軸線Ｃに対
して傾斜させて設けた予燃焼室６において、燃料噴射弁
１０よりシリンダヘッド２の上方から下方に向かい予燃
焼室６内で生起される旋回流を妨げないよう突出部９の
先端近傍に向かって燃料１１を噴射するよう配置する
と、噴霧到達距離（燃料噴射弁９の先端から予燃焼室６
の内壁までの距離）が長く定められ、予燃焼室６の内壁
に燃料噴射弁１０から噴射した燃料１１を付着しにくく
でき、一層、燃料１１の壁面付着を原因としたＨＣの発
生が抑制できる。

【０１１０】また千鳥状に配置した噴口構造の採用は、
大なる噴口面積の確保により、流出通路７における絞り
損失が減少されるので、効率良くガスが主燃焼室４へ噴
出される。

【０１１１】しかも、ピストン３側の噴口径を大きく、
予燃焼室６側の噴口径を小さく定め、さらに同噴口の向
きを下向きにすると、主燃焼室４において内部に存在す
る新しい空気を効果的に用いた良好な燃焼が行えるとい
う効果を奏する。

【０１１２】なお、第１の実施形態では、上部と下部と
が半球形をなした長円室状の予燃焼室６を挙げたが、こ
れに限らず、例えば図１１（ａ）〜（ｄ）に示される第
２の実施形態のような、上下がほぼ対称に構成された形
状の予燃焼室６であれば、同様の効果をもたらすことが
できる。

【０１１３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１に記載の発
明によれば、常に特定の部位（リッチ混合気）で、予燃
焼室内における最初の着火と燃焼を安定、かつ短い着火
遅れ期間で速やかに行わせることができる上、燃焼温度
も急激に上昇せずにすみ、主燃焼室でも安定した燃焼が
行える。

【０１１４】よって、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯ_x （窒素
酸化物）、パティキュレートの発生を抑制できる。

【０１１５】そのうえ、予燃焼室内に噴霧された燃料
は、生起される旋回流によって予燃焼室の内壁に付着し
ても蒸発しやすくなるので、燃料の壁面付着を原因とし
たＨＣも抑制できる。

【０１１６】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
の発明の効果に加え、予燃焼室内で生起される旋回流に
乱れを生じなくできるといった効果を奏する。

【０１１７】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
の発明の効果に加え、旋回流から乱れへの変化を抑制す
ることができるといった効果を奏する。

【０１１８】請求項４に記載の発明によれば、請求項
１、請求項２又は請求項３の発明の効果に加え、予燃焼
室の内壁に沿う完全な旋回流を確保することができると
いった効果を奏する。

【０１１９】請求項５に記載の発明によれば、請求項４
の発明の効果に加え、スモーク発生の抑制と突出部の熱
的耐久性を確保できるといった効果を奏する。

【０１２０】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
乃至請求項５のいずれか１つの記載の発明の効果に加
え、燃料の噴射流で乱れない理想的なリッチ混合気流と
リーン混合気流との層状旋回流を形成することができる
といった効果を奏する。

【０１２１】請求項７に記載の発明によれば、請求項６
の発明の効果に加え、着火した噴流が主燃焼室へ押し出
させて、予燃焼室から効果的に主燃焼室へガスを噴出さ
せることができるといった効果を奏する。

【０１２２】請求項８に記載の発明によれば、請求項１
乃至請求項７のいずれか１つの記載の発明の効果に加
え、予燃焼室回りのコンパクト化が図れるとともに、予
燃焼室の加工性の向上が図れるといった効果を奏する。

【０１２３】請求項９に記載の発明によれば、請求項７
の発明の効果に加え、噴霧到達距離を長く設定すること
が可能で、一層、燃料噴射弁から噴射した燃料が予燃焼
室の内壁に付着しにくくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のディーゼルエンジン
の予燃焼室構造を説明するための断面図。

【図２】同予燃焼室の形状を説明するための斜視図。

【図３】同予燃焼室に連通する噴口の構造を説明するた
めの図。

【図４】同噴口部分の断面図。

【図５】同予燃焼室内にリッチ混合気流とリーン混合気
流との層状旋回流が形成されるまでを説明するための
図。

【図６】着火された噴流が予燃焼室内から主燃焼室へ噴
出されるまでを説明するための図。

【図７】流出通路端に在る鋭角なエッジ部の面取りとエ
ンジン出力との関係を示す線図。

【図８】流出通路端に在る鋭角なエッジ部の面取りとス
モーク発生との関係を示す線図。

【図９】流出通路の予燃焼室の軸心に対する傾斜角度と
エンジン性能との関係を示す線図。

【図１０】流出通路の予燃焼室の軸心に対する傾斜角度
とスモーク発生との関係を示す線図。

【図１１】本発明の第２の実施形態のそれぞれ異なる形
状の予燃焼室を説明するための図。

【図１２】従来のディーゼルエンジンの予燃焼室構造を
説明するための断面図。

【符号の説明】

１…シリンダブロック １ａ…シリンダ ２…シリンダヘッド ３…ピストン ４…主燃焼室 ５…挿入体 ６…予燃焼室 ６ａ…上室部分 ６ｂ…下室部分 ６ｃ…円筒部分 ７…流出通路 ７ａ…傾斜部 ８…噴口 ８ａ…下列噴口 ８ｂ…上列噴口 ９…突出部 ９ａ…エッジ部 １０…燃料噴射弁 α…リッチ混合気流 β…リーン混合気流 Ｃ…面取り。

フロントページの続き (72)発明者 山田 尚人 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内 (72)発明者 佐伯 哲司 東京都港区芝五丁目33番８号 三菱自動車 工業株式会社内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダに嵌挿されたピストンの頂面と
   シリンダヘッドの間に形成される主燃焼室の上方に位置
   する予燃焼室と、 一端が前記主燃焼室に開口し、他端が前記予燃焼室の中
   心から外れた方向に向かって開口し該予燃焼室内の側壁
   に沿って旋回流が生起せしめるよう該主燃焼室と該予燃
   焼室とを連通する流出通路と、 前記予燃焼室内に燃料を供給する燃料噴射弁とを備え、 前記旋回流が前記流出通路の他端から流入され該予燃焼
   室の内壁に沿って旋回する空気流と前記燃料噴射弁によ
   り噴射された噴霧とが混合されて形成されるリッチ混合
   気流と、該リッチ混合気流の内側に形成され前記予燃焼
   室の略中央部に位置するリーン混合気流との層状旋回流
   となるように前記予燃焼室が形成されたことを特徴とす
   るディーゼルエンジンの予燃焼室構造。
2. 【請求項２】 前記予燃焼室の内壁は、前記旋回流に乱
   れを生じないように滑らかに形成されていることを特徴
   とする請求項１に記載のディーゼルエンジンの予燃焼室
   構造。
3. 【請求項３】 前記予燃焼室は、縦断面視において該予
   燃焼室の中心を含み長手方向軸線に直交する平面に対し
   ほぼ対称に構成されたことを特徴とする請求項２に記載
   のディーゼルエンジンの予燃焼室構造。
4. 【請求項４】 前記流出通路の他端には、該流出通路か
   ら前記予燃焼室内に流入する空気流の流線と、該予燃焼
   室内で生起される前記旋回流との流線が合流する際、各
   流線が鋭角をなすよう該旋回流の上流側に位置する前記
   他端の開口縁部に該開口中央に向かって延びる突出部が
   設けられ、該突出部の先端部は鋭角に形成されているこ
   とを特徴とする請求項１、請求項２又は請求項３に記載
   のディーゼルエンジンの予燃焼室構造。
5. 【請求項５】 前記突出部の先端は、面取りされたエッ
   ジ部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載
   のディーゼルエンジンの予燃焼室構造。
6. 【請求項６】 前記燃料噴射弁は、前記旋回流が妨げら
   れない方向に向かって噴射するよう前記シリンダヘッド
   に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項
   ５のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの予燃焼
   室構造。
7. 【請求項７】 前記燃料噴射弁は、前記突出部の先端に
   向かって燃料を噴射するように設けられていることを特
   徴とする請求項６に記載のディーゼルエンジンの予燃焼
   室構造。
8. 【請求項８】 前記予燃焼室の軸線と前記流出通路の軸
   線とを一致させると共に、該流出通路の他端を該予燃焼
   室の軸線に対して前記内壁に沿うよう一側に傾斜させ該
   予燃焼室に開口させたことを特徴とする請求項１乃至請
   求項７のいずれか１つに記載のディーゼルエンジンの予
   燃焼室構造。
9. 【請求項９】 前記予燃焼室の軸線と前記流出通路の軸
   線とを一致させると共に、該流出通路の他端を該予燃焼
   室の軸線に対して前記内壁に沿うよう一側に傾斜させ該
   予燃焼室に開口させるとともに、前記燃料噴射弁は、前
   記シリンダヘッド上方から下方に向かい前記旋回流が妨
   げられないよう前記突出部の先端近傍に向かって噴射す
   るよう配置されていることを特徴とする請求項７に記載
   のディーゼルエンジンの予燃焼室構造。